자가형성/자가치유(Self-forming/self-repairing 혹은 Self-sealing/self-healing) 차수층은 점토에 실리카계 분말을 혼합한 PA층과 칼슘계 분말을 혼합한 PB층을 나란히 설치하여, 그 두 층 사이의 계면에서의 포졸란 반응에 의해 불투수층인 박막이 자가적으로 형성되고 치유되는 원리를 이용한 차수시스템이다. 이 차수층은 기존의 점토 및 합성수지 차수층이 가진 문제점을 보완하기 위해 제시된 대안으로서, 현재 그 차수 능력에 대한 추가적인 연구와 검증이 필요하다. 본 연구에서는 김포 수도권 매립지 제 3공구의 차수 시스템으로 사용되고 있는 자가형성/자가치유 차수재의 투수계수 관찰, 침출수의 화학적 성분들이 투수계수에 미치는 영향 조사, 이 차수재를 통한 유기·무기 오염물질들의 물질이동에 대한 매개변수측정 등의 목적을 위하여 회분식 수착실험과 주상실험 등이 수행되었다. 자가형성/자가치유 차수재의 투수계수는 설치 후, 시간이 경과함에 따라 투수계수가 꾸준히 감소하여 약 20일 후에는 폐기물 관리법의 투수계수 기준치인 1×10-7 cm/s이하에서 안정화되었다. 매립지 주변의 지하수위가 높아져, 지하수가 매립지 내로 역류하는 상황을 가정한 실험에서도 이와 똑같은 양상을 나타내었다. 이를 통해, 이 자가형성/자가치유 차수층은 그 계면에 박막을 형성시키는 반응을 일으켜, 박막이 점차 형성됨에 따라 투수계수가 계속 낮아지는 것을 확인할 수 있었다. 본 실험을 통해서는, 형성되는 박막의 정확한 두께와 투수계수의 측정을 수행할 수는 없었으며, 다만 그 사이의 관계를 통해 박막의 두께가 1~3 mm 정도라면, 이 박막의 투수계수는 3×10-9~8×10-9 cm/s 의 범위에 있다는 것을 확인하였다. 실제 매립지 현장에 이 차수층을 적용할 때에는 반응층인 PA, PB층의 두께를 달리 적용할 수 있으므로, 투수계수는 각 층의 두께에 따라 결정될 것이다. 즉, 본 실험결과를 토대로 계산한 결과, 실제 김포 수도권 매립지 3공구에서와 같이 PA, PB층이 각각 15 cm의 두께로 포설될 경우에, 이 차수층은 2.5×10-7 cm/s 정도의 투수계수를 보일 것으로 예상된다. 하지만, 본 투수실험 시의 다짐방법은 표준다짐방법인 A-1 방법을 이용하였으므로, 현장에서의 보다 큰 다짐상태를 고려한다면 이보다 더 낮은 투수계수를 얻을 수 있을 것이다. 7가지 대상 휘발성 유기화합물이 15 mg/L 의 농도로 조제된 인공 침출수 이용하여 투수계수를 측정한 결과, 이러한 유기 오염물질은 자가형성/자가치유 차수층의 투수계수에 크게 영향을 미치지 않았다. 그러나, 현장 침출수를 이용한 실험에서는 투수계수가 증가하는 것이 관찰되어 침출수 내의 다른 화학적 성분들이 투수계수에 영향을 미칠 수 있음을 확인하였다. 대상 휘발성 유기화합물과 중금속 등의 회분식 수착실험 결과, 자가형성/자가치유 차수층에서의 이러한 오염물질의 이동에 대한 지연효과가 점토 차수층에 비해 큰 것으로 판명이 났다. 또한, 주상실험에서 유입부의 농도변화를 이용해 휘발성 유기화합물의 수리동역학적 분산 계수(Hydrodynamic dispersion coefficient)를 구한 결과, 자가형성/자가치유 차수재 내에서 유기 오염물질의 분산계수는 수용액 내에서의 확산계수(Free solution diffusion coefficient)와 비교하여 현저히 작은 것이 관찰되었다.

주요어: 매립지, 자가형성, 자가치유, 포졸란 반응, 차수층, 침출수, 휘발성 유기화합물, 중금속, 투수계수, 수착, 분산, 확산